Sequential Functional Chart (SFC)

(1)

Automazione

(SFC)

- Parte 2

(2)

•  STRUTTURE DI COLLEGAMENTO

(3)

STRUTTURE DI COLLEGAMENTO

(4)

Abbiamo visto la STRUTTURA DI BASE del linguaggio SFC.

Passiamo ora a studiare le STRUTTURE DI COLLEGAMENTO tra i diversi STATI.

1.X 1.T

2.X 2.T

Condizione 1 Q₁ A₁ V₁

Q₂ A₂ V₂

•  n.X – TIMER –DURATA dell’intervallo di ATTIVAZIONE

•  n.T – MARKER – TRUE se lo stato è ATTIVO

•  A_m – IDENTIFICATORE (UNIVOCO) della azione

•  Q_m – QUALIFICATORE della tipologia di azione

•  V_m – VARIABILE TRUE se l’azione è stata terminata

(5)

La prima STRUTTURA DI COLLEGAMENTO è la SCELTA o DIVERGENZA tra due o più stati successivi.

Quando lo STATO n è ATTIVO, le CONDIZIONI A VALLE sono ABILITATE. Per decidere n

n+2

n+1

…

n+k

cond n+1 cond n+2 cond n+k

(6)

ESEMPIO

Riprendendo L’ESEMPIO DALLA TAGLIERINA, supponiamo che A VALLE del dispositivo di taglio vi sia un SENSORE DI MISURA che IN BASE ALLA MISURAZIONE del pezzo

tagliato esegue DUE STAMPI DIFFERENTI.

È evidente che per un corretto funzionamento è necessario che le AZIONI DI STAMPO siano MUTAMENTE ESCLUSIVE.

Taglierina verticale

nastro trasportatore film

MOTORE LINEARE

SENSORE OTTICO SENSORI DI INIZIO

E FINE CORSA

SENSORE

!

MISURA

nastro trasportatore

"#

(7)

Tracciando il diagramma SFC avremo:

2

3 4

1

Prodotto rilevato Movimento

Nastro

Misurazione

Tratto lungo Tratto breve

Stampo A Stampo B

(8)

PROPRIETÀ DI MUTUA ESCLUSIONE

Lo standard IEC 61131-3 richiede che la STRUTTURA DI COLLEGAMENTO di tipo SCELTA o DIVERGENZA soddisfi il vincolo di MUTUA ESCLUSIONE delle scelte.

Per IMPORRE tale vincolo, viene aggiunto alle condizioni di scelta l’AND LOGICO di tutte le CONDIZIONI successive NEGATE.

n

n+2

n+1

…

n+k

(9)

La STRUTTURA DI COLLEGAMENTO che vede TERMINARE PIÙ SEQUENZE in un MEDESIMO STATO attraverso DIFFERENTI TRANSIZIONI, è la CONVERGENZA.

n+k+1

n+2

…

cond n+k+1 cond n+k+2 cond n+2k

n+1 n+k

(10)

La CONVERGENZA è la logica TERMINAZIONE di una DIVERGENZA MUTUAMENTE ESCLUSIVA.

n+k+1

n+2

…

cond n+k+1 cond n+k+2 cond n+2k

n+1 n+k

n

DIVERGENZA MUTUAMENTE ESCLUSIVA

CONVERGENZA

(11)

ESEMPIO

Riprendendo L’ESEMPIO di prima, supponiamo che A VALLE del dispositivo di stampo vi sia un SENSORE DI QUALITÀ che FOTOGRAFA il pezzo e quindi un circuito di espulsione del pezzo.

SSSSSSSSSSSSSSSS!

CIRCUITO DI ESPULSIONE MOTORE

LINEARE

SENSORE

!

MISURA

SENSORE QUALITÀ

(12)

Il diagramma SFC sarà:

2

3 4

Prodotto rilevato Misurazione

Tratto lungo Tratto breve

Stampo A Stampo B

Stampo A terminato Stampo B terminato

5 Test qualità

6

Foto terminata Espulsione DIVERGENZA

MUTUAMENTE ESCLUSIVA

CONVERGENZA

(13)

La STRUTTURA DI COLLEGAMENTO che permette l’attivazione di SEQUENZE PARALLELE a partire da una singola TRANSIZIONE, è il PARALLELISMO.

Quando la TRANSIZIONE viene ATTIVATA, TUTTI gli STATI A VALLE vengono ATTIVATI.

cond n n

n+2

n+1

…

n+k

(14)

ESEMPIO

Si consideri un sistema di lavorazione di due ELEMENTI METALLICI (TIPO A e TIPO B) composto da un NASTRO TRASPORTATORE, un SENSORE OTTICO per la rilevazione del tipo di pezzo e tre azionamenti deputati al RISCALDAMENTO, alla FORATURA e alla SALDATURA.

•  Se il pezzo da lavorare è di TIPO A, deve essere CONTEMPORANEAMENTE RISCALDATO ad una temperatura prefissata e FORATO;

•  Se il pezzo da lavorare è di TIPO B, deve essere RISCALDATO e FORATO e in seguito RISCALDATO e SALDATO.

SENSORE OTTICO

Riscaldamento Foratura

Saldatura

(15)

Progettiamo la logica di controllo tramite diagrammi SFC. Innanzitutto AZIONIAMO IL NASTRO TRASPORTATORE ed IDENTIFICHIAMO IL PEZZO DA LAVORARE usando una DIVERGENZA:

2 1

Prodotto rilevato dal sensore ottico Movimento

Nastro

Identificazione

Prodotto di tipo A Prodotto di tipo B DIVERGENZA

(16)

Considerando il ramo a sinistra (Prodotto di tipo A), dovremmo utilizzare un PARALLELISMO per attuare RISCALDAMENTO e FORATURA come da specifica.

2 1

Nastro

Identificazione

PARALLELISMO

(17)

Ma questa rappresentazione VIOLA il FORMALISMO dei DIAGRAMMI SFC.

2 1

Nastro

Identificazione

PARALLELISMO

VIOLAZIONE

Prima del PARALLELISMO c’è una

(18)

La soluzione è quella di introdurre uno STATO DUMMY, che non fa NULLA, la cui TRANSIZIONE è sempre TRUE. L’utilità degli stati dummy è quella di conservare la CORRETTEZZA FORMALE del diagramma SFC.

2 1

Nastro

Identificazione

PARALLELISMO

3

true

PARALLELISMO

4

true

(19)

Terminiamo quindi l’esempio, riportando le azioni degli stati da eseguire in parallelo.

2 1

Prodotto rilevato dal sensore ottico Movimento Nastro

Prodotto di tipo A Prodotto di tipo B

3

true

4

true Identificazione

5 Riscaldamento

pezzo di tipo A 6 ^Foratura_{di tipo A} 8 Foratura di

tipo B

7 Riscaldamento pezzo di tipo B

9 Saldatura di tipo B

Foratura completata Riscaldamento

completato Riscaldamento

completato

Foratura completata

(20)

La STRUTTURA DI COLLEGAMENTO duale al parallelismo è la SINCRONIZZAZIONE.

Essa è data da una TRANSIZIONE con più STATI A MONTE.

La TRANSIZIONE viene ABILITATA solo quando TUTTI gli STATI A MONTE vengono ATTIVATI.

cond n n

n – k +1

n - k

…

^{n - 1}

cond n+1 SINCRONIZZAZIONE

(21)

ESEMPIO

Si consideri il sistema dell’esempio precedente. A valle di esso ci sono un SENSORE DI QUALITÀ che fotografa il pezzo e un CIRCUITO DI ESPULSIONE.

SENSORE OTTICO

Riscaldamento Foratura

Saldatura CIRCUITO DI ESPULSIONE SENSORE

QUALITÀ SSSSSSSSSSSSSSSS!

(22)

Sembra intuitivo aggiungere una SINCRONIZZAZIONE al termine degli stati 5,6 e 7,9…

2 1

Prodotto rilevato dal sensore ottico Movimento Nastro

3

true

4

5 Riscaldamento

tipo B

completato

Saldatura completata Riscaldamento

completato

Foratura completata

VIOLAZIONE - Prima della SINCRONIZZAZIONE NON ci sono TRANSIZIONI, ma STATI…

(23)

È pertanto necessario aggiungere

degli STATI di ATTESA (10-13). 2

Prodotto rilevato dal sensore ottico

3

true

4

5 Riscaldamento

tipo B

completato

Foratura completata

13 11 12

10

(24)

Le due SINCRONIZZAZIONI sono seguite da due TRANSIZIONI

poste a TRUE. 2

3

true

4

5 Riscaldamento

tipo B

completato

Foratura completata

13 11 12

10

true true

(25)

Chiude quindi una CONVERGENZA.

2

3

true

4

5 Riscaldamento

tipo B

completato

Foratura completata

13 11 12

10

(26)

Si chiude quindi il DIAGRAMMA SFC. Identificazione

(27)

L’inserimento degli STATI di ATTESA serve a far TERMINARE gli stati operativi

INDIPENDENTEMENTE l’uno dall’altro.

Identificazione

(28)

Nel diagramma SFC a SINISTRA, gli stati 5 e 6 devono RIMANERE ENTRAMBI ATTIVI fino a quando il più lento dei due stati termina. Nel diagramma SFC a DESTRA, gli stati 5 e 6 possono DIVENTARE INATTIVI INDIPENDENTEMENTE L’UNO DALL’ALTRO.

5 Riscaldamento

pezzo di tipo A 6 ^Foratura_{di tipo A}

Riscaldamento completato

11 10

true

Prodotto di tipo A

3

true

5 Riscaldamento

pezzo di tipo A 6 ^Foratura_{di tipo A}

true

Prodotto di tipo A

3

true

(Riscaldamento completato)*(Foratura completata)

Foratura completata

(29)

Cosa succede se due SEQUENZE INDIPENDENTI devono accedere ad una RISORSA CONDIVISA, MUTUAMENTE ESCLUSIVA, del sistema da automatizzare?

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

n+2 Azione n+2 Condizione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m} m+1 Azione m+1

m+2 Azione m+2 Condizione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

manipolatore

Sequenza n Sequenza m

Risorsa condivisa mutuamente esclusiva

(30)

Supponiamo che gli STATI n ed n+1 della SEQUENZA n e gli STATI m ed m+1 della SEQUENZA m ACCEDANO CONCORRENTEMENTE alla STESSA RISORSA CONDIVISA.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

manipolatore

(31)

È necessario EVITARE che gli stati n o n+1 siano ATTIVI CONTEMPORANEAMENTE con gli stati m o m+1.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

manipolatore

(32)

OSSERVAZIONE

PROVIAMO ad imporre una condizione di MUTUA ESCLUSIONE sulle CONDIZIONI…

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

manipolatore

Condizione m-1 := (Condizione m-1) * (not Condizione n-1)

(33)

OSSERVAZIONE

PROVIAMO ad imporre una condizione di MUTUA ESCLUSIONE sulle CONDIZIONI…

…Ma tale soluzione NON GARANTISCE la MUTUA ESCLUSIONE !!!

Condizione n-1

Condizione m-1 Azione n

Azione m

CONFLITT O

(34)

DEFINIZIONE

Si definisce SEMAFORO uno STATO associato ad una RISORSA CONDIVISA MUTUAMENTE ESCLUSIVA. Un SEMAFORO È ATTIVO SE E SOLO SE LA RISORSA È DISPONIBILE.

OSSERVAZIONE

In generale per indicare che all’avvio del controllo logico sequenziale una risorsa è disponibile, il SEMAFORO è rappresentato da uno STATO INIZIALE.

Risorsa condivisa

mutuamente esclusiva S ^Semaforo

S.X = 1 ! " risorsa disponibile

S ^Semaforo

(35)

Usiamo il SEMAFORO, il PARALLELISMO e la SINCRONIZZAZIONE per risolvere il problema di ACCESSO CONCORRENTE ad una RISORSA CONDIVISA MUTUAMENTE ESCLUSIVA.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1 Condizione m+1

S ^Risorsacondivisa mutuamente esclusiva

(36)

Supponiamo che gli STATI n-1, m-1 siano ATTIVI. Supponiamo che la risorsa condivisa sia LIBERA. Supponiamo che le Condizioni n-1 e m-1 NON SIANO VERIFICATE.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

(37)

Dato che gli STATI n-1 ed S sono ATTIVI, la Transizione n-1 è ABILITATA.

Dato che gli STATI m-1 ed S sono ATTIVI, la Transizione m-1 è ABILITATA.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

(38)

Supponiamo che ad un ISTANTE DI TEMPO t, la Condizione n-1 sia VERIFICATA…

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

(39)

Conseguentemente la Sequenza n può passare allo stato n e BLOCCARE la RISORSA CONDIVISA (S.X = 0).

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

(40)

Supponiamo ora che la Condizione m-1 sia VERIFICATA… Essendo lo STATO S INATTIVO, la TRANSIZIONE m-1 non è ABILITATA !!!

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

(41)

Supponiamo intanto che la Sequenza n proceda. Prima passando allo stato n+1…

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

(42)

Supponiamo intanto che la Sequenza n proceda. Prima passando allo stato n+1…

…quindi allo stato n+2 che LIBERA LA RISORSA CONDIVISA…

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

(43)

…appena la risorsa condivisa si libera, la TRANSIZIONE m-1 è ATTIVATA e quindi l’azione m viene ESEGUITA, occupando nuovamente la risorsa condivisa.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

(44)

OSSERVAZIONE

Dato lo stato in figura, cosa succede se le condizioni n-1 e m-1 si attivano assieme?

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

(45)

Si corre il rischio di ATTIVARE ENTRAMBI GLI STATI che ACCEDONO IN MANIERA CONCORRENTE ALLA RISORSA CONDIVISA, generando così un CONFLITTO…

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

CONFLITT O

(46)

La SOLUZIONE consiste nell’evitare questa possibile AMBIGUITÀ, ASSEGNANDO UNA PRIORITÀ alle CONDIZIONI. Ad esempio:

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m-1

Condizione m

m+1 Azione m+1

S ^Risorsacondivisa mutuamente esclusiva Condizione m-1 := (m-1).X * (not (n-1).X )

(47)

Cosa succede se due SEQUENZE PARALLELE sono DIPENDENTI l’una dall’altra?

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

Sequenza A Sequenza B

La SEQUENZA B può procedere oltre lo STATO m

SOLO DOPO CHE

la SEQUENZA A ha completato le

azioni dello STATO n

(48)

Una soluzione basata sull’uso di SINCRONIZZAZIONE e PARALLELISMO non va bene.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

m+1 Azione m+1

Condizione m+1

Condizione m+2

Sequenza A Sequenza B

(Condizione n) * (Condizione m)

Tale soluzione IMPONE una DIPENDENZA anche allo STATO n.

Lo STATO n NON PUÒ PROSEGUIRE se lo STATO m non può transire nello STATO m +1…

(49)

Una soluzione basata sull’imposizione di determinate CONDIZIONI è anch’essa destinata a FALLIRE.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

Sequenza A Condizione m := (Condizione m) * (Condizione n) Sequenza B

La condizione m può ESSERE VERIFICATA INDIPENDENTEMENTE dal fatto che le

azioni dello STATO n siano state eseguite o meno.

(50)

Una soluzione basata sull’imposizione di determinate CONDIZIONI è anch’essa destinata a FALLIRE.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

Condizione n

n+1 Azione n+1

Condizione n+2

m-1 Azione m-1

Condizione m

Condizione m+1

Condizione m+2

Sequenza A Condizione m := Sequenza B

(Condizione m) * (Condizione n) * (n.X)

In questo caso NON SI HA MEMORIA che lo STATO n sia stato eseguito.

Pertanto se la Condizione m è

VERIFICATA DOPO CHE lo STATO n viene terminato (n.X = 0), la

TRANSIZIONE m non si ATTIVA mai…

(51)

Per sopperire alla mancanza di MEMORIA è necessario usare un SEMAFORO per la SINCRONIZZAZIONE di SEQUENZE PARALLELE.

n-1 Azione n-1

n ^{Azione n}

Condizione n-1

m-1 Azione m-1

m ^{Azione m}

Condizione m+1

Sequenza A Quando lo STATO n passa allo STATO n+1, Sequenza B

il SEMAFORO viene ATTIVATO, permettendo allo STATO m di passare allo STATO m+1.

Se il SEMAFORO NON viene ATTIVATO, lo STATO m NON POTRÀ passare allo STATO m+1.

Quando lo STATO m passa allo STATO m+1 il semaforo viene DISATTIVATO.

S

Condizione n

Condizione m

(52)

Sezione 7.3

TITOLO

Sistemi di automazione industriale

Architetture e controllo

AUTORI

Claudio Bonivento Luca Gentili

Andrea Paoli EDITORE McGraw-Hill